1. CAMBIO CLIMÁTICO Y PALEOCLIMATOLOGÍA
1.4. El polvo de origen desértico en los sedimentos marinos: enfoque
Los orígenes de la Paleoceanografía se remontan al siglo XIX, cuando en las expediciones del H.M.S. Challenger se empezaron a estudiar sedimentos marinos como fuente de información paleoambiental. Las investigaciones paleoceanográficas se basan en el uso de indicadores indirectos o proxies. Este concepto se refiere a parámetros o variables medibles que ofrecen pistas acerca de la variación de propiedades o procesos del pasado. Fisher y Wefer (1999) presentan un listado muy detallado de los indicadores más usados en paleoceanografía. El presente capítulo está centrado en los principales métodos de estudio de los registros eólicos en Paleoceanografía (cf. Cap. 3 de esta Introducción para más detalles sobre los análisis granulométricos y geoquímicos). Conviene indicar, no obstante, que además de los sedimentos marinos, los testigos de hielo y los registros continentales (depósitos tipo loess) constituyen importantes fuentes de información acerca de las partículas eólicas (Kohfeld y Harrison, 2001) (cf. Tabla 2).
Como ya se ha apuntado anteriormente (cf. Aptdo. 1.3.1) el registro de las partículas de origen eólico acumuladas durante milenios en los sedimentos marinos tiene variadas aplicaciones paleoclimáticas, especialmente en lo que respecta a la intensidad del viento y a la aridez continental. Sin embargo, hay varios aspectos a tener en cuenta. Para empezar, la diferenciación entre material hemipelágico y eólico en sedimentos marinos no es sencilla (Rea, 1993). Por este motivo, en Paleoceanografía se evitan las zonas receptoras de aportes fluviales o turbidíticos significativos a los sedimentos ya que aumentan las posiblidades de enmascaramiento de la señal eólica. Las mejores zonas para el estudio de los aportes eólicos son las situadas suficientemente lejos de los márgenes continentales (unos 1.000 km) y en altos topográficos (seamounts). Sin embargo, cuando los sedimentos de esas zonas carecen de material datable, como foraminíferos, su interés paleoclimatológico prácticamente desaparece. En otras ocasiones, las tasas de sedimentación son demasiado bajas y el único rango cronológico abordable es el glacial/interglacial. En latitudes altas también pueden aparecer IRD mezclados con el material eólico, aunque en estos casos la distinción entre ambos, a partir de criterios granulométricos y mineralógicos es más sencilla (Lebreiro et al., 1996; Plaza, 2001).
Para aislar el componente eólico de un sedimento, es necesario eliminar tanto el carbonato (con HCl o acético) como la materia orgánica (con H2O2). En algunos casos, también
es conveniente atacar el ópalo (con NaOH) y los óxidos e hidróxidos (con un reductor fuerte). El extracto resultante puede considerarse eólico si cumple las condiciones de localización expuestas anteriormente y sólo entonces puede ser sometido a los análisis granulométricos, geoquímicos, isotópicos y mineralógicos pertinentes. En cualquier caso, teniendo en cuenta que muchos análisis geoquímicos y sedimentológicos se efectúan sobre el sedimento total, es fundamental tener en cuenta los patrones locales para diferenciar la fracción eólica e interpretar los resultados. Un procedimiento muy útil para separar el sedimento en función de su origen es la modelización de las diferentes subpoblaciones que forman las muestras (cf. Aptdo. 3.1.6).
Las técnicas e indicadores más utilizados actualmente en el estudio de la velocidad de los vientos y las condiciones de aridez/humedad continental del pasado a partir de la identificación y la cuantificación del material eólico acumulado en los sedimentos marinos clasificados por objetivos específicos se indican a continuación.
?? Extracción secuencial: si la localización del testigo es idónea (cf. página anterior), el proceso de extracción explicado anteriormente permite obtener una fracción eólica final susceptible de análisis (Rea, 1993).
?? Granulometría: se considera eólica la fracción no carbonatada mayor de 6-7 ?m (Parkin y Shackleton, 1973). También son útiles otros parámetros, como la clasificación del sedimento. Por sí sola esta técnica no permite separar con precisión la fracción eólica del resto.
?? Microscopía electrónica: el estudio de la superficie de las partículas ayuda a identificar la fracción eólica (Kawahata et al., 2000; Pye, 1987). Esta técnica halla su mayor interés en estudios específicos o puntuales, no como método de separación de la fracción eólica. Entre sus ventajas se cuenta el poder realizar un análisis químico elemental de la partícula eólica una vez detectada (Ma et al., 2001).
Detección del área fuente.
?? Concentración de elementos: directamente, no resuelve cuáles son las áreas fuente del polvo mineral porque, por sí solo, ningún elemento tiene carácter diagnóstico. Sin embargo, las relaciones entre elementos, como el Ti/Al o Fe/Al, sí pueden tener valor diagnóstico y permitir la identificación de áreas fuente concretas (Bergametti et al., 1989a; Chiapello et al., 1997; Coudé-Gaussen et al., 1987).
?? Mineralogía: hay algunos minerales, sobretodo arcillas y óxidos de hierro, que pueden indicar el área fuente del polvo acumulado en los sedimentos marinos (Avila
et al., 1996; Balsam et al., 1995; Kiefert et al., 1996; Molinaroli, 1996). Sin embargo,
los estudios citados no incluyen un tratamiento cuantitativo de los resultados analíticos, por lo que las comparaciones entre diversas zonas resultan complejas.
?? Propiedades magnéticas: la aplicación de esta técnica al estudio de las áreas fuente de polvo mineral está en fase de desarrollo (J. C. Larrasoaña, com. pers.). La presencia de minerales magnéticos en el polvo procedente de los desiertos permite su identificación y clasificación por áreas fuente. Tiene la ventaja de que es un método rápido, en el que las mediciones se efectúan sobre muestra continua a lo largo del testigo. La susceptibilidad magnética para detectar simplemente la presencia de partículas eólicas en el sedimento sin diferenciarlas mineralógicamente sí que ha tenido un uso más extendido (Bozzano et al., 2002).
?? Isótopos del Sr y relación Sm/Nd: actualmente está considerada una de las mejores técnicas de detección de áreas fuente gracias a las bases de datos ya establecidas y al carácter diagnóstico de los isótopos radiogénicos (Grousset et al., 1992a; Grousset et
se suele emplear sistemáticamente sino en intervalos especialmente interesantes.
?? Trayectorias de los vientos: los llamados programas de retro-trayectorias permiten identificar el área fuente de una tormenta de polvo a partir de mapas meteorológicos sinópticos (Avila y Alarcón, 1999; Bucher, 1989; Rodriguez et al., 2001). Aunque no tiene aplicación paleoclimática directa, es muy útil para fijar las propiedades químicas, mineralógicas y sedimentológicas del polvo en función de su área fuente y de la distancia a la misma.
?? Medidas hechas con satélites: igual que la técnica anterior, se aplica al estudio de los aportes actuales de polvo del desierto. Ayuda a comprender los mecanismos meteorológicos de transporte de las partículas eólicas, así como sus propiedades, aspectos ambos de interés paleoclimatológico. Los principales sensores que se utilizan son los siguientes: (i) el AVHRR (del inglés, Advanced Very High Resolution
Radiometer) cuyas imágenes en los canales de radiación visible e infrarroja sirven
para reconocer las nubes de polvo mineral (Husar et al., 2001); (ii) el CZCS (del inglés, Costal Zone Colour Scanner) cuyas imágenes de la intensidad de la radiación emitida obtenidas encima del océano permiten conocer la distribución de las partículas eólicas (Stegmann y Tindale, 1999); (iii) el TOMS (del inglés, Thematic
Ozone Mapping Spectrometer) capaz de detectar las partículas eólicas por la
radiación ultravioleta que absorben (Alpert y Ganor, 2001); (iv) y el satélite METEOSAT, que proporciona imágenes de tormentas de polvo a escala regional en el canal visible (Bucher, 1989; Dulac et al., 1992; Moulin et al., 1998). En una reciente comparación entre los resultados de estos sensores y datos obtenidos in situ se pone de manifiesto la necesidad de establecer redes científicas coordinadas para mejorar el conocimiento de las nubes de polvo y la prevención de los riesgos asociados a las mismas (Husar et al., 2001). El índice IDDI (del inglés, Infra-red
Difference Dust Index) ilustra los progresos más recientes en la identificación de las
áreas fuente del polvo mineral mediante satélites. El IDDI, basado en las medidas de la radiación infrarroja adquiridas por el satélite METEOSAT, permite identificar no sólo las áreas fuente, sino comparar su intensidad (Brooks, 2000; Goudie y Middleton, 2001).
Velocidad de los vientos
?? Granulometría de la fracción eólica: es la técnica más utilizada para estudiar la intensidad de los vientos a partir del registro sedimentario marino. También tiene, sin embargo, varias limitaciones, como las dificultades de separación de las fracciones fluvial y eólica, y de discriminación de la influencia de las corrientes de fondo unidas a las inexactitudes propias de los métodos granulométricos10(cf. Cap. 3).
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Si bien la mayoría de estudios granulométricos proporcionan el tamaño medio de las partículas, raramente hacen referencia al tamaño máximo, indicador de la intensidad máxima del viento (Goudie y Middleton, 2001). Sí que hay, no obstante, algunas referencias a la presencia de las denominadas “partículas gigantes”. Se trata de partículas eólicas, generalmente halladas en registros próximos a las áreas fuente, que alcanzan tamaños de más de 100 ?m y cuyos mecanismos de transporte no están claros (Middleton et al., 2001).
Los indicadores reseñados permiten un acercamiento al conocimiento de las condiciones climáticas del pasado a partir de inferencias sobre las características de los vientos y los cambios en las áreas fuente. Sin embargo, las variaciones en el flujo de polvo, así como sus propiedades, pueden estar influídos por una combinación de factores, a veces difíciles de aislar. En este punto se hace necesario el uso de modelos de predicción de la respuesta de las variables paleoambientales (Kohfeld y Harrison, 2000). En este marco, y a través de extensas bases de datos, las observaciones son, a la vez, inputs necesarios para las simulaciones11, y elementos de evaluación del funcionamiento de los modelos, principalmente para eventos muy estudiados, como el Último Máximo Glacial o el Holoceno Medio (Kohfeld y Harrison, 2001).
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DIRTMAP (Dust indicators and Records from Terrestrial and Marine Paleoenvironments) es un ejemplo de base de datos creada especialmente para comparar los paleodatos obtenidos en ambiente marino y terrestre con las simulaciones del flujo eólico realizadas para el Último Máximo Glacial y el Holoceno. De esta manera se evalua la capacidad de las simulaciones para caracterizar el cambio climático y las variaciones de las áreas fuente (Kohfeld y Harrison, 2000).
Tabla 2.- Información paleoclimática proporcionada por los registros eólicos.
Fuente Indicadores Información
proporcionada Problemas/Ventajas Referencias seleccionadas Cambios temporales en la carga de polvo atmosférico
Indicador muy directo. Al provenir de un testigo de hielo no hay errores en la determinación de qué material es eólico
(Mayewski et al., 1997) Acumulación del material eólico y concentración de Ca2+ Cambios en el tamaño e intensidad de la célula polar12
Se hace difícil diferenciar entre mayor velocidad del viento y cambios en las áreas fuente. (Fuhrer et al., 1999; Taylor et al., 1993) Mineralogía, geoquímica y composición isotópica Áreas fuente
Buenos indicadores, salvo errores en las determinaciones geoquímicas causadas por la entrada de material proveniente de reacciones que tienen lugar en la atmósfera
(Biscaye et al., 1997; Grousset et al., 1992a; Hong et al., 1996; Svensson et al., 2000)
Testigos de hielo
Granulometría Velocidad del viento También puede estar influída por cambios de
depósito seco a húmedo
(Kohfeld y Harrison, 2001) Textura de la superficie de las partículas Identificación de la fracción eólica
Algo subjetivo. Es conveniente usarlo con otros indicadores
(Moreno et al., 2002a; Pye, 1987)
Clasificación del sedimento
Identificación de la fracción eólica
Algo subjetivo. Es conveniente usarlo con otros indicadores (Lamy et al., 1998; Moreno et al., 2002b) Mediana de las distribuciones granulométricas
Velocidad del viento
También puede estar influída por el tipo de depósito, seco o húmedo. Debe usarse sólo cuando la distancia del testigo al área fuente es constante (Clemens, 1998; Prins y Weltje, 1999b; Rea, 1993; Ruddiman, 1997; Sarnthein et al., 1981; Stuut, 2001) Mineralogía de
arcillas Áreas fuente
Puede conducir a errores sino se conoce con detalle la distribución de arcillas en el área fuente. Por otro lado, el estudio debe ser cuantitativo y no basarse solamente en la aparición o ausencia de un determinado mineral (Bout-Roumazeilles et al., 1997; Caquineau et al., 1998; Coudé- Gaussen y Rognon, 1993; Lange, 1982; Molinaroli, 1996) Composición
isotópica Áreas fuente
Puede generar errores si no se aisla bien la fracción eólica, por ejemplo, cuando hay influencias volcánicas (Grousset et al., 1998; Grousset et al., 1992b)
Testigos marinos
Geoquímica (relación de elementos) Áreas fuenteAunque los elementos individuales no son diagnósticos de áreas fuente específicas, la relación entre sus proporciones (Ti/Al, Si/Al, Fe/Al) sí pueden ser útiles
(Boyle, 1983; Martinez et al., 1999; Matthewson et al., 1995; Moreno et al., 2001; Schneider et al., 1997) Distribución granulométrica Espesor de la secuencia de loess Velocidad y dirección del viento
Sólo puede usarse cuando se sabe con certeza que el área fuente se ha mantenido constante en el tiempo. Hay que aislar las fuentes locales de polvo y los efectos debidos al retrabajamiento del material y a procesos post-deposicionales (Chen et al., 1997; Kohfeld y Harrison, 2001; Porter y Zhisheng, 1995)
Loess
Mineralogía y composición isotópicaÁreas fuente Buenos indicadores, siempre que se evite el
loess retrabajado.
(Arnold et al., 1998; Biscaye et al., 1997)
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El tamaño de grano de las partículas eólicas que alcanzan los polos es muy pequeño y no refleja bien los cambios en la intensidad de transporte. De hecho, no hay variación glacial/interglacial. Sin embargo, se ha comprobado una perfecta correlación entre intensidad de transporte y tasa de depósito de material eólico. Este es el motivo por el cual es este indicador el que se utiliza para interpretar los cambios en la intensidad de la célula polar. Éstos coinciden habitualmente con fases de mayor aridez en las áreas fuente (Kohfeld y Harrison, 2001).